【摘 要】針對(duì)離子風(fēng)機(jī)靜電衰變時(shí)間校準(zhǔn)的需要，結(jié)合離子風(fēng)機(jī)靜電衰變分析儀靜電衰變時(shí)間測試的特點(diǎn)，本文介紹一種基于AVR控制高壓電路的開斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)離子風(fēng)機(jī)靜電衰變時(shí)間的校準(zhǔn)，有效保證了量傳及溯源。

【關(guān)鍵詞】AVR 離子風(fēng)機(jī) 衰變時(shí)間 校準(zhǔn)

一、引言

離子風(fēng)機(jī)是根據(jù)尖端放電和正負(fù)電“中和”的原理將電離了的空氣中的帶電離子來中和物體表面的靜電電荷，達(dá)到中和靜電的目的。作為常用的生產(chǎn)試驗(yàn)防護(hù)設(shè)備，離子風(fēng)機(jī)廣泛應(yīng)用在電子生產(chǎn)線、工業(yè)生產(chǎn)車間中。離子風(fēng)機(jī)中和靜電電荷的能力，通常用靜電衰變時(shí)間來描述，因此，對(duì)離子風(fēng)機(jī)靜電衰變時(shí)間的校準(zhǔn)測試要求也具有實(shí)際的意義。目前，實(shí)驗(yàn)上都是通過靜電電荷分析儀或靜電場測試儀等實(shí)現(xiàn)對(duì)離子風(fēng)機(jī)衰變時(shí)間的測量，但對(duì)于這類靜電電荷分析儀、測試儀的時(shí)間校準(zhǔn)基本上都是采用手動(dòng)控制高壓電路的開斷路時(shí)間來實(shí)現(xiàn)，這種方法重復(fù)性差，準(zhǔn)確度低。本文介紹一種基于AVR ATmega128處理器的定時(shí)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制電路控制高壓發(fā)生電路的開斷路時(shí)間的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)重復(fù)性好，準(zhǔn)確度高，能滿足校準(zhǔn)離子風(fēng)機(jī)靜電衰變時(shí)間的要求。

二、離子風(fēng)機(jī)靜電電荷分析儀的原理和特點(diǎn)

利用離子風(fēng)機(jī)靜電電荷分析儀測試離子衰變時(shí)間是目前測試衰變時(shí)間的主要手段，離子風(fēng)機(jī)靜電電荷分析儀主要由空氣電容極板、高壓充電電源、非接觸式靜電電壓表、計(jì)時(shí)器、控制單元組成，具有靜電電荷充電（正負(fù)電荷可選），靜電電壓測量和計(jì)時(shí)測量的功能。離子風(fēng)機(jī)衰變時(shí)間，靜電電壓從峰值電壓降低到給定的比例時(shí)間，即當(dāng)物體表面的靜電電壓從某一高電壓衰變到某一低電壓所用的時(shí)間。例如，防靜電指標(biāo)參數(shù)要求中，在15%相對(duì)濕度的情況下，靜電電壓從1000V降低到100V的衰減時(shí)，時(shí)間小于等于1s。

三、離子風(fēng)機(jī)衰變時(shí)間校準(zhǔn)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

離子風(fēng)機(jī)衰變時(shí)間校準(zhǔn)系統(tǒng)由4×4鍵盤、LCD1602液晶顯示，時(shí)鐘電路、系統(tǒng)電源、AVR Mega128控制單元和干簧繼電器連接的倍壓整流電路組成，系統(tǒng)框圖如圖1所示。

（一）高壓發(fā)生電路

針對(duì)離子風(fēng)機(jī)靜電電荷分析儀所需電場電荷電壓高，電流?。ㄋ鑾ж?fù)載能力?。┑奶攸c(diǎn)，我們選擇了倍壓整流電路?；陔娙莸膬?chǔ)能作用，電容和二極管組成的電路可以按輸出電壓的倍數(shù)輸出電壓。由三極管VT1和變壓器T構(gòu)成的高頻振蕩電路，將5V直流電變成高頻交流電，經(jīng)T升壓經(jīng)二極管VD1、VD2、VD3和電容C1、C2、C3組成的三倍壓整流電路，可將電壓升到1500V左右。考慮電容在充放電過程中的非線性影響，選擇高壓硅整流堆，避免使用電容量大的電解電容，高壓發(fā)生電路如圖2所示。

采用三倍壓整流電路產(chǎn)生的高壓最大輸出電壓能達(dá)到1500V，輸出端連接高壓電阻分壓電路，將輸出電壓1500V分為1500V、1000V、100V三個(gè)高壓輸出端子，分別連接三個(gè)干簧繼電器并通過ATmega128 IO控制輸出。

（二）AVR軟件設(shè)計(jì)

該軟件設(shè)計(jì)是基于AVR ATMega128為處理器的平臺(tái)，M128工作于16MHz時(shí)性能高達(dá)16 MIPS，兩個(gè)具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，可以通過軟件進(jìn)行選擇的時(shí)鐘頻率。本設(shè)計(jì)采用M128定時(shí)器T1，16位的T/C定時(shí)中斷，CTC模式，最小定時(shí)單元為10ms，即每10ms產(chǎn)生一次定時(shí)中斷。一般離子靜電電荷分析儀測試時(shí)間范圍在（0.01～99）s，采用比較溢出定時(shí)輸出，IO口4×4鍵盤掃描機(jī)制實(shí)現(xiàn)0～9個(gè)數(shù)字鍵輸出定時(shí)時(shí)間，將定時(shí)時(shí)間和定時(shí)狀態(tài)等信息通過LCD1602液晶顯示。

四、測試與結(jié)論

本次設(shè)計(jì)定時(shí)器T1工作在CTC模式，外接時(shí)鐘為8MHz，分頻系數(shù)M=1，最小定時(shí)中斷時(shí)間為0.125us，最長定時(shí)時(shí)間為8192us，定時(shí)時(shí)間準(zhǔn)確度為0.5us，本次設(shè)計(jì)設(shè)定定時(shí)器定時(shí)時(shí)間最小單元為10ms。由于采用CTC模式，當(dāng)中斷產(chǎn)生時(shí)，中斷機(jī)制并不影響定時(shí)器獨(dú)立工作，提高了定時(shí)中斷時(shí)間的準(zhǔn)確度。由于一般離子靜電電荷分析儀測試時(shí)間范圍在（0.01～99）s，分辨率為0.01s，實(shí)驗(yàn)中測量重復(fù)性引入的不確定度0.2s，干簧繼電器工作啟動(dòng)時(shí)間、跳動(dòng)時(shí)間最大誤差為0.3ms、釋放時(shí)間最大誤差時(shí)間為0.05ms。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，系統(tǒng)引入的測量不確定度為0.5ms，該系統(tǒng)的不確定度高于一般離子風(fēng)機(jī)靜電電荷分析儀允許誤差的1/10以上。

本文介紹的基于AVR的離子風(fēng)機(jī)衰變時(shí)間校準(zhǔn)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制電路對(duì)離子風(fēng)機(jī)衰變時(shí)間的校準(zhǔn)，具有良好的測量重復(fù)性，同時(shí)，利用ATmega128處理器定時(shí)機(jī)制，大大提高了測量的準(zhǔn)確度。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)電路簡單，穩(wěn)定性強(qiáng)，解決了目前針對(duì)離子風(fēng)機(jī)衰變時(shí)間測量系統(tǒng)配套復(fù)雜的問題，提高了工作效率，同時(shí)，也提高了測量數(shù)據(jù)的可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱健軍.一種防靜電離子風(fēng)機(jī)檢測儀的設(shè)計(jì).《安全與電磁兼容》，2007年第3期.

[2]孫淑惠.倍壓整流電路原理仿真及應(yīng)用.《機(jī)床電器》，2009年2月.

作者簡介：

鄭藝成，男，廣東東莞，本科， 助理工程師 工作單位：廣東省計(jì)量科學(xué)研究院東莞計(jì)量院。